一種氣動(dòng)爬壁機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氣動(dòng)爬壁機(jī)器人，包括前隔板、中間運(yùn)動(dòng)板、后安裝結(jié)構(gòu)板、前后導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、氣缸、左右導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、舵機(jī)、吸盤組件和驅(qū)動(dòng)控制組件；所述前后導(dǎo)向機(jī)構(gòu)包括兩根位置平行的長桿，在中間運(yùn)動(dòng)板上左右平行設(shè)置有兩組前后方向?qū)蚩祝瑑筛L桿分別穿過兩組前后方向?qū)蚩?，兩根長桿的前端與前隔板固定，兩根長桿的后端與后安裝結(jié)構(gòu)板固定；所述氣缸的缸體與中間運(yùn)動(dòng)板位置固定，氣缸的伸縮桿與前隔板位置固定，伸縮桿的伸縮方向與長桿位置平行。本發(fā)明提供的氣動(dòng)爬墻機(jī)器人具備在墻壁上上下左右移動(dòng)的功能，可用于運(yùn)輸、清掃、高空攝像、高空作業(yè)等。
【專利說明】一種氣動(dòng)爬壁機(jī)器人
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氣動(dòng)爬壁機(jī)器人，是一種利用氣動(dòng)原理提供動(dòng)力，使機(jī)器運(yùn)動(dòng)的爬壁機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)器人的萬能性和可編程性，決定了它將取代一些自動(dòng)化機(jī)器，特別是在生產(chǎn)領(lǐng)域，既可以大大提聞生廣設(shè)備的自動(dòng)化水平，提聞勞動(dòng)生廣率，又可提聞企業(yè)的廣品質(zhì)量，提高企業(yè)的整體競爭力。隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展以及人們自我保護(hù)意識的增強(qiáng)，人們迫切希望能用機(jī)器人代替人進(jìn)行這些高空極危險(xiǎn)的作業(yè)，從而把人從惡劣的環(huán)境和繁重的勞動(dòng)中解脫出來?，F(xiàn)代城市高樓林立，高層建筑的日益增多使得高空作業(yè)需求越來越大，迄今為止,這類工作仍由人工高空作業(yè)來完成,這種作業(yè)方式效率低、成本高,對人身安全和大樓壁面構(gòu)成很大威脅，由此催生了對爬壁機(jī)器人的市場需求。在諸如核工業(yè)、建筑業(yè)、造船業(yè)等需要在高空克服重力作業(yè)的特殊場合，爬墻機(jī)器人都有著廣泛的應(yīng)用。
[0003]對于爬壁機(jī)器人而言，完成可靠的吸附和平穩(wěn)的一定是最基本，也是最主要的功能。根據(jù)其吸附在墻壁上的原理主要分為2種:磁力吸附和負(fù)壓吸附。對于鋼鐵等的鐵磁性材料的構(gòu)筑物表面，可以采用磁力吸附，該項(xiàng)技術(shù)研究相對成熟，如日本應(yīng)用技術(shù)研究所研制出了車輪式磁吸附爬墻機(jī)器人，1984年日立制作所研制的八只腳步行式磁吸附爬墻機(jī)器人，1987年研制履帶式磁吸附爬墻機(jī)器人等。磁力吸附對于壁面材料要求高，緊限于鐵磁性材料表面，應(yīng)用面相對較窄。隨著氣動(dòng)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，技術(shù)的不斷發(fā)展，在氣動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域也提出新的要求。
[0004]機(jī)器人是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置。它既可以接受人類指揮，又可以運(yùn)行預(yù)先編排的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。它的任務(wù)是協(xié)助或取代人類工作的工作，例如生產(chǎn)業(yè)、建筑業(yè)，或是危險(xiǎn)的工作。爬壁機(jī)器人作為一種移動(dòng)式服務(wù)機(jī)器人，它可以在垂直壁面移動(dòng)，是極限作業(yè)機(jī)器人的一個(gè)分支。現(xiàn)代城市高樓林立，大廈壁面大多采用瓷磚結(jié)構(gòu)或玻璃幕墻結(jié)構(gòu)，常年裸露在外，需要進(jìn)行許多維護(hù)，迄今為止，這類工作仍由人工搭乘吊籃進(jìn)行高空作業(yè)來完成，這種作業(yè)方式對人身安全和大樓壁面構(gòu)成很大威脅，并且效率低、成本高。清洗爬壁機(jī)器人的使用將大大降低高層建筑的清洗成本，改善工人的勞動(dòng)環(huán)境，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，勢必會帶來清洗業(yè)的一次革命，具有一定的社會效益、經(jīng)濟(jì)意義和廣闊的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種氣動(dòng)爬壁機(jī)器人，具備豎直上下和水平左右運(yùn)動(dòng)功能，可用于運(yùn)輸、清掃、高空攝像、高空作業(yè)等。
[0006]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0007]一種氣動(dòng)爬壁機(jī)器人，包括前隔板、中間運(yùn)動(dòng)板、后安裝結(jié)構(gòu)板、前后導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、氣缸、左右導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、舵機(jī)、吸盤組件和驅(qū)動(dòng)控制組件；[0008]所述前后導(dǎo)向機(jī)構(gòu)包括兩根位置平行的長桿，在中間運(yùn)動(dòng)板上左右平行設(shè)置有兩組前后方向?qū)蚩祝瑑筛L桿分別穿過兩組前后方向?qū)蚩?，兩根長桿的前端與前隔板固定，兩根長桿的后端與后安裝結(jié)構(gòu)板固定；
[0009]所述氣缸的缸體與中間運(yùn)動(dòng)板位置固定，氣缸的伸縮桿與前隔板位置固定，伸縮桿的伸縮方向與長桿位置平行；
[0010]所述左右導(dǎo)向機(jī)構(gòu)包括支撐架、導(dǎo)向桿機(jī)構(gòu)和齒輪齒條機(jī)構(gòu)；所述支撐架包括前后兩組立柱，立柱的底端固定在中間運(yùn)動(dòng)板上，立柱的頂端設(shè)置有左右方向?qū)蚩祝彝唤M立柱的左右方向?qū)蚩孜挥谕粭l直線上；所述導(dǎo)向桿機(jī)構(gòu)包括兩根位置平行的導(dǎo)向桿和兩根位置平行的連接桿，兩根導(dǎo)向桿分別穿過兩組左右方向?qū)蚩?，兩根連接桿的兩端分別與兩根導(dǎo)向桿固定，導(dǎo)向桿和連接桿相互垂直且位于同一平面上，導(dǎo)向桿和連接桿所處平面與兩根長桿所處平面平行；所述齒輪齒條機(jī)構(gòu)的齒條兩端分別與兩根連接桿固定，齒條和導(dǎo)向桿位置平行；
[0011]所述舵機(jī)的機(jī)體通過舵機(jī)支撐架固定安裝在中間運(yùn)動(dòng)板上，舵機(jī)的輸出軸與齒輪齒條機(jī)構(gòu)的齒輪位置固定；
[0012]所述前隔板的左右兩側(cè)、每根導(dǎo)向桿的左右兩側(cè)、后安裝結(jié)構(gòu)板的左右兩側(cè)均安裝有吸盤組件，所述吸盤組件包括吸盤固定體和吸盤，吸盤安裝在吸盤固定體上，所有吸盤朝向一致并位于同一平面內(nèi)，且吸盤所處平面與兩根長桿所處平面平行；
[0013]所述驅(qū)動(dòng)控制組件包括單片機(jī)控制器、第一五通接頭、第二五通接頭、真空泵、一個(gè)三通接頭和充氣泵，所述真空泵通過第一五通接頭和中間運(yùn)動(dòng)板上的四個(gè)吸盤連通，同時(shí)真空泵通過第二五通接頭和前隔板及后安裝結(jié)構(gòu)板上的四個(gè)吸盤連通，充氣泵通過三通接頭和氣缸的兩個(gè)腔體連通；第一五通接頭通過第一電磁閥控制四個(gè)吸盤同時(shí)工作，第二五通接頭通過第二電磁閥控制四個(gè)電磁閥同時(shí)工作，氣缸的一個(gè)腔體通過第三電磁閥控制充氣，氣缸的另一個(gè)腔體通過第四電磁閥控制充氣；單片機(jī)控制器控制四個(gè)電磁閥工作。
[0014]優(yōu)選的，所述單片機(jī)控制器上連接有藍(lán)牙芯片，通過藍(lán)牙與單片機(jī)控制器無線通?目。
[0015]優(yōu)選的，所述導(dǎo)向桿兩端依次通過下垂桿和水平桿與吸盤固定體固定連接。
[0016]優(yōu)選的，所述前隔板和后安裝結(jié)構(gòu)板通過吸盤橫桿固定連接。
[0017]優(yōu)選的，端部相連的兩根桿，通過卡件實(shí)現(xiàn)連接。
[0018]有益效果:本發(fā)明提供的氣動(dòng)爬壁機(jī)器人，采用簡單的機(jī)械結(jié)構(gòu)與氣源傳動(dòng)，變傳統(tǒng)單一的輪式滾動(dòng)行進(jìn)方式為氣缸推進(jìn)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)豎直移動(dòng)，齒輪齒條機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)左右移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了行進(jìn)方式的多樣性；可采用遙控遠(yuǎn)距離控制，亦可使用手機(jī)藍(lán)牙，通過手機(jī)軟件操作，實(shí)現(xiàn)對爬壁機(jī)器人的控制；還可以通過其紅外攝像掃描及超聲波質(zhì)檢，自行控制移動(dòng)方位，并將掃描結(jié)果反饋給控制中心；此外，該設(shè)計(jì)應(yīng)用氣動(dòng)原理和機(jī)電知識，使用材料簡單，功能完善，成本低廉；鑒于其模塊組合性，其中的氣動(dòng)、移動(dòng)、控制三大模塊均可拼裝，可作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)演示實(shí)例，增加實(shí)驗(yàn)趣味性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0021]如圖1所示為一種氣動(dòng)爬壁機(jī)器人，包括前隔板3、中間運(yùn)動(dòng)板17、后安裝結(jié)構(gòu)板
13、前后導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、氣缸6、左右導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、舵機(jī)15、吸盤組件和驅(qū)動(dòng)控制組件。
[0022]所述前后導(dǎo)向機(jī)構(gòu)包括兩根位置平行的長桿2，在中間運(yùn)動(dòng)板17上左右平行設(shè)置有兩組前后方向?qū)蚩?，兩根長桿2分別穿過兩組前后方向?qū)蚩?，兩根長桿2的前端與前隔板3固定，兩根長桿2的后端與后安裝結(jié)構(gòu)板13固定。
[0023]所述氣缸6的缸體與中間運(yùn)動(dòng)板17位置固定，氣缸6的伸縮桿5與前隔板3位置固定，伸縮桿5的伸縮方向與長桿2位置平行。
[0024]所述左右導(dǎo)向機(jī)構(gòu)包括支撐架、導(dǎo)向桿機(jī)構(gòu)和齒輪齒條機(jī)構(gòu)；所述支撐架包括前后兩組立柱14，立柱14的底端固定在中間運(yùn)動(dòng)板17上，立柱14的頂端設(shè)置有左右方向?qū)蚩?，且同一組立柱的左右方向?qū)蚩孜挥谕粭l直線上；所述導(dǎo)向桿機(jī)構(gòu)包括兩根位置平行的導(dǎo)向桿10和兩根位置平行的連接桿9，兩根導(dǎo)向桿10分別穿過兩組左右方向?qū)蚩?，兩根連接桿9的兩端分別與兩根導(dǎo)向桿10固定，導(dǎo)向桿10和連接桿9相互垂直且位于同一平面上，導(dǎo)向桿10和連接桿9所處平面與兩根長桿2所處平面平行；所述齒輪齒條機(jī)構(gòu)的齒條19兩端分別與兩根連接桿9固定，齒條19和導(dǎo)向桿10位置平行。
[0025]所述舵機(jī)15的機(jī)體通過舵機(jī)支撐架18固定安裝在中間運(yùn)動(dòng)板17上，舵機(jī)15的輸出軸與齒輪齒條機(jī)構(gòu)的齒輪I位置固定。
[0026]所述前隔板3的左右兩側(cè)、每根導(dǎo)向桿10的左右兩側(cè)、后安裝結(jié)構(gòu)板13的左右兩側(cè)均安裝有吸盤組件，所述吸盤組件包括吸盤固定體4和吸盤7，吸盤7安裝在吸盤固定體4上，所有吸盤7朝向一致并位于同一平面內(nèi)，且吸盤7所處平面與兩根長桿2所處平面平行。
[0027]所述驅(qū)動(dòng)控制組件包括單片機(jī)控制器、第一五通接頭、第二五通接頭、真空泵、一個(gè)三通接頭和充氣泵，所述真空泵通過第一五通接頭和中間運(yùn)動(dòng)板17上的四個(gè)吸盤7連通，同時(shí)真空泵通過第二五通接頭和前隔板3及后安裝結(jié)構(gòu)板13上的四個(gè)吸盤7連通，充氣泵通過三通接頭和氣缸6的兩個(gè)腔體連通；第一五通接頭通過第一電磁閥控制四個(gè)吸盤7同時(shí)工作，第二五通接頭通過第二電磁閥控制四個(gè)電磁閥7同時(shí)工作，氣缸6的一個(gè)腔體通過第三電磁閥控制充氣，氣缸6的另一個(gè)腔體通過第四電磁閥控制充氣；單片機(jī)控制器控制四個(gè)電磁閥工作，單片機(jī)控制器上連接有藍(lán)牙芯片，通過藍(lán)牙與單片機(jī)控制器無線通?目。
[0028]所述導(dǎo)向桿10兩端依次通過下垂桿12和水平桿16與吸盤固定體4固定連接；所述前隔板3和后安裝結(jié)構(gòu)板13通過吸盤橫桿11固定連接；端部相連的兩根桿，通過卡件8實(shí)現(xiàn)連接。
[0029]本案的工作原理為:真空泵和充氣泵處于始終工作狀態(tài)；初始時(shí)，氣缸6的伸縮桿5處于伸出狀態(tài)，第一電磁閥和第二電磁閥控制八個(gè)吸盤7處于工作狀態(tài),第三電磁閥控制一個(gè)腔體排氣，第四電磁閥控制另一個(gè)腔體充氣；當(dāng)需要前進(jìn)時(shí)，首先第一電磁閥控制四個(gè)吸盤7不工作，接著第三電磁閥控制一個(gè)腔體充氣，第四電磁閥控制另一個(gè)腔體排氣，伸縮桿5運(yùn)動(dòng)到位后，第一電磁閥控制四個(gè)吸盤7工作，然后第二電磁閥控制四個(gè)吸盤7不工作，接著第三電磁閥控制一個(gè)腔體排氣，第四電磁閥控制另一個(gè)腔體充氣，第一電磁控制四個(gè)吸盤7工作，完成一個(gè)周期的前進(jìn)移動(dòng)；后退的過程與前進(jìn)過程相反；當(dāng)需要向左移動(dòng)時(shí)，首先第一電磁閥控制四個(gè)吸盤7不工作，舵機(jī)5驅(qū)動(dòng)齒輪I順指針轉(zhuǎn)動(dòng)一定范圍，這樣齒條19帶動(dòng)連接桿9、導(dǎo)向桿10和四個(gè)吸盤7工作向左移動(dòng)一定距離，接著第一電磁閥控制四個(gè)吸盤7工作，然后第二電磁閥控制四個(gè)吸盤7不工作，舵機(jī)5驅(qū)動(dòng)齒輪I逆指針轉(zhuǎn)動(dòng)一定范圍，這樣齒輪I帶動(dòng)舵機(jī)15、舵機(jī)支撐架18、中間運(yùn)動(dòng)板17、長桿2、前隔板3、后安裝結(jié)構(gòu)板13和四個(gè)吸盤7向左移動(dòng)一定距離，完成一個(gè)周期的向左移動(dòng)；向右移動(dòng)過程與向左移動(dòng)過程相反。
[0030]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種氣動(dòng)爬壁機(jī)器人，其特在于:包括前隔板(3)、中間運(yùn)動(dòng)板(17)、后安裝結(jié)構(gòu)板(13)、前后導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、氣缸(6)、左右導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、舵機(jī)(15)、吸盤組件和驅(qū)動(dòng)控制組件； 所述前后導(dǎo)向機(jī)構(gòu)包括兩根位置平行的長桿(2)，在中間運(yùn)動(dòng)板(17)上左右平行設(shè)置有兩組前后方向?qū)蚩?，兩根長桿⑵分別穿過兩組前后方向?qū)蚩?，兩根長桿⑵的前端與前隔板(3)固定，兩根長桿(2)的后端與后安裝結(jié)構(gòu)板(13)固定； 所述氣缸(6)的缸體與中間運(yùn)動(dòng)板(17)位置固定，氣缸(6)的伸縮桿(5)與前隔板(3)位置固定，伸縮桿(5)的伸縮方向與長桿(2)位置平行； 所述左右導(dǎo)向機(jī)構(gòu)包括支撐架、導(dǎo)向桿機(jī)構(gòu)和齒輪齒條機(jī)構(gòu)；所述支撐架包括前后兩組立柱(14)，立柱(14)的底端固定在中間運(yùn)動(dòng)板(17)上，立柱(14)的頂端設(shè)置有左右方向?qū)蚩?，且同一組立柱的左右方向?qū)蚩孜挥谕粭l直線上；所述導(dǎo)向桿機(jī)構(gòu)包括兩根位置平行的導(dǎo)向桿(10)和兩根位置平行的連接桿(9)，兩根導(dǎo)向桿(10)分別穿過兩組左右方向?qū)蚩?，兩根連接桿(9)的兩端分別與兩根導(dǎo)向桿(10)固定，導(dǎo)向桿(10)和連接桿(9)相互垂直且位于同一平面上，導(dǎo)向桿(10)和連接桿(9)所處平面與兩根長桿(2)所處平面平行；所述齒輪齒條機(jī)構(gòu)的齒條(19)兩端分別與兩根連接桿(9)固定，齒條(19)和導(dǎo)向桿(10)位置平行； 所述舵機(jī)(15)的機(jī)體通過舵機(jī)支撐架(18)固定安裝在中間運(yùn)動(dòng)板(17)上，舵機(jī)(15)的輸出軸與齒輪齒條機(jī)構(gòu)的齒輪(I)位置固定； 所述前隔板(3)的左右兩 側(cè)、每根導(dǎo)向桿(10)的左右兩側(cè)、后安裝結(jié)構(gòu)板(13)的左右兩側(cè)均安裝有吸盤組件，所述吸盤組件包括吸盤固定體(4)和吸盤(7)，吸盤(7)安裝在吸盤固定體(4)上，所有吸盤(7)朝向一致并位于同一平面內(nèi)，且吸盤(7)所處平面與兩根長桿(2)所處平面平行； 所述驅(qū)動(dòng)控制組件包括單片機(jī)控制器、第一五通接頭、第二五通接頭、真空泵、一個(gè)三通接頭和充氣泵，所述真空泵通過第一五通接頭和中間運(yùn)動(dòng)板(17)上的四個(gè)吸盤(7)連通，同時(shí)真空泵通過第二五通接頭和前隔板(3)及后安裝結(jié)構(gòu)板(13)上的四個(gè)吸盤(7)連通，充氣泵通過三通接頭和氣缸出)的兩個(gè)腔體連通；第一五通接頭通過第一電磁閥控制四個(gè)吸盤(7)同時(shí)工作，第二五通接頭通過第二電磁閥控制四個(gè)電磁閥(7)同時(shí)工作，氣缸(6)的一個(gè)腔體通過第三電磁閥控制充氣,氣缸(6)的另一個(gè)腔體通過第四電磁閥控制充氣；單片機(jī)控制器控制四個(gè)電磁閥工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣動(dòng)爬壁機(jī)器人，其特在于:所述單片機(jī)控制器上連接有藍(lán)牙芯片，通過藍(lán)牙與單片機(jī)控制器無線通信。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣動(dòng)爬壁機(jī)器人，其特在于:所述導(dǎo)向桿(10)兩端依次通過下垂桿(12)和水平桿(16)與吸盤固定體(4)固定連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣動(dòng)爬壁機(jī)器人，其特在于:所述前隔板(3)和后安裝結(jié)構(gòu)板(13)通過吸盤橫桿(11)固定連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣動(dòng)爬壁機(jī)器人，其特在于:端部相連的兩根桿，通過卡件(8)實(shí)現(xiàn)連接。
【文檔編號】B62D57/024GK104015832SQ201410271496
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月17日
【發(fā)明者】吳景, 耿埡洲, 王超 申請人:東南大學(xué)